中交（广州）铁道设计研究院有限公司510230
摘要：地铁车站作为公共交通建筑，来往人员复杂，乘客所带物品种类及行为难以控制，加之其内部又具有大量电子、电气设施，因此潜在的火灾隐患多。而作为地下建筑，其不像地上建筑有较多的疏散门、窗与外界相连，一旦发生火灾，其内部人员疏散路径及有毒烟气的抽排能力均相对有限，并且外部消防设施和人员不易接近火点，扑救工作难以展开，因此地铁车站的建筑设计在防火与安全疏散设计方面，就显得尤为重要。
关键词：地铁车站建筑；防火设计；安全疏散设
1.地铁车站建筑容易发生的火灾问题
近年来，我国城市规模扩大和城市人口增多，地上交通的压力越来越大，发展地铁已成为多个大中城市缓解地面交通压力的主要选择。地铁车站通常位于地下，空气流通不畅，而且其中的人员密集，一旦发生火灾容易造成重大伤亡，在地铁车站建筑中，容易出现以下几个导致火灾事故发生的因素。
1.1电气设备隐患严重
电站变压器或消弧线圈发生火灾油箱爆裂，油则会泄漏四处溢流，从吊装口或电缆孔流入地铁隧道，将直接危及运行车辆安全，并会使火灾蔓延。另外，变压器室的吊装口与隧道之间未设防火隔断措施，使火灾更易蔓延。
1.2行车系统容易引发火灾
行车系统引发的火灾主要表现为运行出轨、碰撞引发火灾以及机车车辆电气故障引发的电气火灾。例如2005年8月26日，北京地铁1号线一列列车在运营中由于车辆老旧，导致风扇短路失火。北京地铁最近一起火灾事故是2010年8月25日，地铁1号线426号列车后部受流器短路接地，引起拉弧和爆响。
1.3人为原因导致火灾
在地铁火灾形成的初期阶段中，易燃易爆物和火源视为危险，在地铁车站和列车车厢中，对于乘客的不安全行为往往都有警告标志（如禁止吸烟、禁止明火等警示标志），尽管如此，乘客违规携带易燃易爆物进入车站、在车站内吸烟等行为也时有发生。地铁工作人员如安检、站内巡查等人员的工作不到位也会导致不能及时发现危险源。对于线路故障、设备老化及缺乏定期的设备巡查监测等，也会导致设备危险源不能及时被发现。
2.地铁车站建筑防火设计要点
2.1车站建筑防火分区及防火墙设置
2.1.1地铁车站按车站使用性质、面积大小划分防火分区
通常地铁车站为地下两层站，地下一层为站厅层，地下二层为站台层，车站内各层公共区和设备、管理用房区，均划分为独立的防火分区，每个防火分区之间采用耐火极限3h的防火墙分隔。除公共区外，每个防火分区最大允许使用面积不得大于1500平米，消防泵房、污水泵房、蓄水池、厕所和盥洗室的面积可不记入防火分区面积内。防火墙上的门应为甲级防火门，门的开启方向朝向疏散方向（即安全区）。
根据相关的要求，车站按使用性质、面积、大小划分防火分区。站厅层和站台层乘客疏散公共区为一个防火分区；车站站厅两端的设备、管理用房按不大于1500平米的使用面积各自划分防火分区，其中站厅层大里程端的设备管理用房有人区设一个直通地面的消防专用出入口，与相邻防火分区的出口可做为第二个安全出口；小里程端设备用房无人区设二个通向相邻防火分区的甲级防火门作为安全出口。站台层各设备用房用防火墙分隔成三个不大于200平米且经常停留人数少于3人的防火分区，各分区通向站台的门采用甲级防火门。
在车站和地下商业连接的通道口处要设置防火分割。对于地下商业区的防火和安全出口的设置要与现行的建筑防火的相关规范要求一致，当地铁车站和远期的车站留有预留口的时候，换乘通道两端应设防火卷帘，且能分线控制。火灾时防火卷帘关闭。
2.1.2防火墙及防火门的设置
防火墙是防止火势蔓延的最好分割物。管道在穿越防火墙的时候，对于缝隙的处理要使用非可燃材料进行密实填缝。楼板也是起到隔断火势的重要分隔物，当有管道穿越的时候，对于缝隙的处理也要使用非可燃材料进行密实填缝。防火区域的划分要使用防火墙，因此，防火墙要使用耐火极限大于四小时的砌块墙进行分隔。而且，防火墙上面的门要使用甲级防火门，采取平开门的设计，并向着疏散人员的风向开启。如果防火墙上面设有观察窗，也必须使用甲级防火窗。在公共区域的付费区和非付费区之间栏杆处也要设置疏散门。在设备管理区域的车站控制室、信号通信机房、空调房等主要设备的房间内部，都必须使用耐火极限高于三个小时的隔墙，以及耐火极限高于两个小时的楼板与其他部位进行有效分隔。
2.2防火构造措施及装修材料防火要求
2.2.1车站主体内公共区自动扶梯侧背外露部分及机械传动部分均应以不燃材料包裹，出入口扶梯与楼梯相邻的侧面透空部分和楼扶梯之间的空隙以及扶梯和墙之间的空隙需用不燃板材或砌体封堵。
2.2.2防火卷帘与建筑构件之间的缝隙以及管道、电缆、风管等穿过防火墙、楼板及防火分隔物时，应根据贯穿物特点，及形成的各种开口和孔隙大小，用与之相适应的防火封堵材料将空隙填塞密实，并达到防火分隔物耐火极限要求。对电缆等预留孔洞较大时，应用阻火包进行封堵。
2.2.3防火卷帘应安装在承重构件上，当卷筒不到结构梁板底且上部空隙较大时，应在卷筒上部设过梁，梁上砌不小于200mm厚的砌体封堵。
2.2.4通道部位的防火门不到结构顶板时，其上设过梁，过梁上砌不小于200mm厚砌体封堵。
2.2.5设在防火墙上的防火卷帘，应采用背火面温升作耐火极限判定条件的特级防火卷帘，并具有停滞功能，其耐火极限不低于3h。设在疏散走道上的常开防火门，应具有火灾时能自行关闭和信号反馈的功能。
2.2.6地下车站所采用的装修材料燃烧性能等级均应采用A级不燃材料。
2.2.7站内固定服务设施广告灯箱、电话亭等，应采用不低于B1级难燃材料。
2.2.8挡烟垂壁材料为不小于8mm厚防火玻璃，通过铝合金板、膨胀螺栓固定于结构底板面。
2.2.9装修材料不得采用石棉、玻璃纤维、塑料类制品。
2.3车站建筑防烟分区
由于地铁的运行属于地下建筑，处于一个封闭的地下空间，其空气的对流和通风等条件都很差，一旦发生火灾，给排烟和散热带来很大难度。火灾发生时候浓烟会使视线造成障碍，增加人们的心理恐慌感，也给人员的疏散增加了的难度。根据数据资料显示，当火灾发生时候，产生的浓烟把人熏倒，造成人缺氧窒息、中毒，是人员死亡的重要原因。除此之外，浓烟也给消防人员的施救工作造成了很大困难，延缓了灭火时间。因此，有效控制火灾浓烟，加强防烟区域的设计是非常重要的也是十分必要的。
车站公共区内，每个防烟分区建筑面积不大于2000平方米，（不得跨越防火分区），防烟分区的每个防烟分区应用挡烟垂壁分隔。当吊顶透空率为35%以上时，挡烟垂壁应设在结构顶板下；当吊顶透空率不足35%时，挡烟垂壁应设在吊顶下，并伸至结构顶板。站厅与站台间的楼梯口处应设挡烟垂壁；站厅与通道相接处应设挡烟垂壁。挡烟垂壁高度为500mm。挡烟垂壁设在吊顶下时，挡烟垂壁下缘至楼梯踏步面的垂直距离不应小于2.3m设备区每个防烟分区建筑面积不大于750平方米。
在地铁车站还要设置防烟和排烟的通风系统。一旦防烟、排烟系统和通风系统有效结合的时候，其通风系统就能够有效起到防火的措施。因此，防烟、排烟系统要符合系统的设计要求，并能够在发生事故的时候具备紧急转换的功能。
3.地铁车站建筑的安全疏散设计
3.1车站站台安全疏散
车站站台是地铁车站中人员最密集的区域，也是乘客到达地下的最深场所，同时也是跟区间隧道相通的部位。因此决定了它的火灾危险性和安全疏散的重要性。
通常地铁车站站台层到站厅层都设有2组或2组以上的楼、扶梯，该楼、扶梯的数量和宽度是由车站的远期高峰小时上下车客流和车站的超高峰系数计算得来的。然而，还应该根据车站的具体位置，用列车经过该车站的高峰小时断面客流来核算，同时楼、扶梯的数量和宽度必须满足发生火灾的情况下，6min内将一列列车额定载客数量的乘客和站台上候车的乘客及工作人员全部撤离站台。地铁车站站台上的人行楼梯和自动扶梯宜沿车站纵向均匀设置，同时应满足站台有效长度内任一点距最近梯口或通道口的距离不得大于50m。乘客使用的人行楼梯其宽度单向通行不小于1.8m，双向通行不小于2.4m.当宽度大于3.6m时，应设置中间扶手，楼梯应符合建筑模数。另外，楼梯踢段净宽不小于1.2m；单面布置房间的疏散通道宽度为1.2m；双面布置房间的疏散通道宽度为1.5m。站台有效长度外两侧均需设楼梯至轨道面，通向区间，便于区间发生火灾时人员疏散。
3.2公共区楼扶梯布置
车站内楼扶梯和疏散通道的通过能力，应保证在远期（或客流控制时期）高峰小时客流量时发生火灾情况下，6min内将一列车进站所载乘客及站台上的候车乘客疏散至站厅或室内其他安全区域，站台公共区的任一点，距离疏散楼梯口不得大于50m。
国内地铁设计公共区一般为三组楼扶梯，但是对于一些地铁车站而言，其工程大小不一，所以楼扶梯的设置还要根据车站的长度而定，通常6节编组（即120米站台）设置三组，8节编组（即186米站台）设置四组。一般设置三组楼扶梯是因为其与两组楼扶梯相比，扶梯提升高度较大，扶梯桁架较长，三组楼扶梯的布置对于站台疏散优势更为明显。另外，如果车站客流较大，两组楼扶梯布置疏散时间接近或者超过6min，需要加大楼梯宽度，对于双柱或者三层车站，楼梯宽度增加可能会导致站台宽度不满足，必须通过增加站台宽度来解决，势必会增加车站投资。三组楼扶梯布置可以很好的解决这个问题。即使在各种情况都满足的情况下，多增加一条疏散通道，对车站防火都是百利而无一害的。
3.3设置明显的安全疏散诱导标识和事故照明设施
诱导标志应设置在底部的位置，距楼板地面不应大于lm，随着科技的发展，可采用温控指示标志，在哪一侧发生火灾，由于温度升高，使指向那边的灯光指示标志断电，疏散指标灯光箭头指向可疏散的以便，这样可以缩短疏散时间。该系统可以和报警系统一起进行联动控制，既有利于疏散，又有利于火灾扑救。还可以安装一种能在烟雾中发出有指向性并有箭头标志光束的设备。这汇总光束在明亮的、灰尘很少的大气中是看不见的，而当烟粒子扩散在光线的明这部分时却变得十分清晰，同时由于光学设备的调整，这种光束可折射为弯曲状。所以，这种设备安装在产烟多、光线暗的地下建筑中实在是适合不过。这就满足了地下建筑中人员的趋光性行为特别突出的特点。
3.4设置安全岛
安全岛是指采用耐火极限不低于3.00h的防火墙与地下建筑其他部分隔开，可供人员临时避难使用的场所。安全岛的设置原则是凡不能按规范要求设置安全出口和疏散通道的地下公共建筑，都应设置安全岛。安全岛的设置数量依据地下建筑大小，看情况确定。
3.5地铁火灾疏散模型的建立
利用网络优化计算原理建立了地铁火灾人员安全疏散的模型，该模型将地铁各功能单元当作网络中的一个个节点，利用节点之间存在一定的流量限制原理来计算地铁火灾整体疏散所需时间Trset，可以与火灾模拟软件相结合确定疏散可用时间Taset，从而评估地铁设计及其火灾疏散的安全性。
3.5.1地铁火灾疏散流动模式化
一是空间模式化，采用网络（network）型控制方法，将各个车厢、站台、站台至站厅的疏散楼梯、通道出入口和地面安全地点作为网络的节点（node），它们之间的联系为连接（link），该连接为各个空间节点互相联系的假象空间，该处既无面积，也无距离，亦不存在用于移动的时间。
人的处理：采用集团型处理，即将地铁中的乘客按照其行为能力不同化分为正常人、活动不便的人以及由儿童及其家长组成的家庭等3个集团。按照其构成比例，综合确定人员疏散特性及整体疏散能力。二是流动的处理，在疏散过程中，三是人的流动以单向型人流对待，在地铁车门口、站台至站厅的楼梯口、出入口等处由于瓶颈因素人流可能出现滞留，在此情况按照排队理论处理。
3.5.2地铁火灾中人员移动速度计算
地铁火灾人员移动速度主要受地铁结构布置以及人员特征的影响。地铁结构布置决定了疏散通道类型，人员疏散时经过不同的通道具有不同的移动速度。根据地铁特征，可以把通道分为水平通道、楼梯通道和门等三类。人员在水平通道的移动速度。通常每个人在不同的位置、时刻所移动的速度是不同的，但在人口密度较大的公共场所，人们的群聚效应是明显的，个体比较难以独立采取行动，因此，可以忽略个体心理反应等次要因素，而假定人们的移动速度只与他所处的几何位置以及该位置一定范围内的人员密度两个因素有关，根据人们在前进时受前后和左右两个方向阻力，以及考虑其他因素三部分的影响。
结束语：综上所述，由于地铁工程建设投资数额巨大、设计施工周期长、环境复杂、涉及专业多，其建筑防火疏散设计会对地铁车站的整体布局产生直接影响。因此，在进行防火设计和布局的时候，要与地铁的使用功能互相结合，保证防火设计和安全疏散发发挥最大功效。
参考文献
[1]朱惠军.城市地铁火灾的特点、事故分析及预防措施[J].安防科技.2011（03）.
[2]吴丽平.地铁车站防火设计浅析[J]建设施工与安全.2012（15）.
[3]吕潮明.浅谈地下建筑前疏散设计[J].门窗.2014（11）.
[4]张瑞.谈与地铁车站结合的地下商业建筑防火设计[J].山西建筑.2014（03）.
[5]丁丹丹.城市轨道交通换乘枢纽疏散能力评估研究[D].北京交通大学.2011.